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Pulvimetalurgia.

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Carla Tr

on 30 November 2013

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Transcript of Pulvimetalurgia.

Pulvimetalurgia
Fases del proceso.
Pulvimetalurgia
Fases del proceso:
Obtención de los Polvos
Dosificación y mezcla
Compactación en frío
Sinterizado
Operaciones de acabado
Fases del proceso:
Utilización del proceso:
Producción de polvo de los metales que serán utilizados en la pieza.
Mezclado de los metales participantes.
Conformado de las piezas por medio de prensas.
Sintetizado de las piezas.
Tratamientos térmicos.
Características de los polvos a considerar:
Forma: La forma del polvo depende de la manera en la que se produjo el polvo, esta puede ser esférica, quebrada, dendrítica, plana o angular.
Distribución de los tamaños de partículas: Se refiere a las cantidades de los tamaños de las partículas que participan en la composición de una pieza de polvo, esta distribución de tamaños tiene gran influencia en la fluidez y densidad de las partículas y en la porosidad final del producto.
Fluidez: Es la propiedad que le permite fluir fácilmente de una parte a otra o a la cavidad del molde. Se mide por una tasa de flujo a través de un orificio normalizado.
Características de los polvos a considerar:
Métodos para producir polvos:
Con maquinado se producen partículas gruesas y se usan principalmente para producir polvos de magnesio.
En el proceso de molido se tritura el material con molinos rotatorios de rodillos y por estampado rompiendo los metales, por este método los materiales frágiles pueden reducirse a partículas irregulares de cualquier finura.
El proceso de perdigonado consiste en vaciar metal fundido en un tamiz y enfriarlo dejándolo caer en agua. En este proceso se obtienen partículas esféricas o con forma de pera. La mayoría de los metales pueden perdigonarse, pero el tamaño de las partículas es demasiado grande.
Otro procedimiento para la producción de polvo de hierro, plata y algunos otros metales es el de depósito electrolítico.
Ventajas:
La producción de carburos sinterizados, cojinetes porosos y bimetálicos de capas moldeadas, sólo se puede producir por medio de este proceso.
Porosidad controlada.
Tolerancias reducidas.
Acabado superficial de alta calidad.
No hay pérdidas de material.
No se requieren operarios con alta capacitación.
Desventajas:
Los polvos son caros y difíciles de almacenar.
El costo del equipo para la producción de los polvos es alto.
Es difícil hacer productos con diseños complicados.
Existen algunas dificultades térmicas en el proceso de sinterizado, especialmente con los materiales de bajo punto de fusión.
Algunos polvos de granos finos presentan riesgo de explosión, como aluminio, magnesio, zirconio y titanio
Bibliografía:
Guliáev, A. P. Metalografía. Tomo I. Editorial Mir Moscú.
Ordóñez Hernández, Urbano. Tecnología de los metales I. Editorial Pueblo y Educación.
http://www.utp.edu.co/~publio17/temas_pdf/pulvimet.pdf
http://www.metalactual.com/revista/14/Pulvimetalurgia.pdf
MANUFACTURA POR CONFORMADO DE MATERIALES.
Carla Fernández Rodríguez.
Otoño 2013


Dentro de las variadas tecnologías para trabajar el metal, la Pulvimetalurgia (PM) es el más diverso dentro de éstas. El atractivo mayor de la Pulvimetalurgia es la habilidad de fabricar piezas de formas complejas con excelentes tolerancias y de alta calidad relativamente barato. En resumen, toma polvos metálicos con ciertas características como tamaño, forma y empaquetamiento para luego crear una figura de alta dureza y precisión.
Los pasos claves incluye la compactación del polvo y la subsiguiente unión termal de las partículas por medio de la sinterización. El proceso utiliza operaciones automatizadas con un consumo relativamente bajo de energía, alto uso de materiales y bajos costos capitales. Estas características hacen que la PM se preocupa de la productividad, energía y materiales primas.
Fases del proceso
Generalmente se realiza de metales puros, (hierro, cobre, estaño, aluminio, níquel y titanio, aleaciones como latones, bronces, aceros y aceros inoxidables o polvos pre-aleados) Procesos típicos son:
Atomización en estado líquido. El metal fundido se vierte a través de un embudo refractario en una cámara de atomización, haciéndole pasar a través de chorros de agua pulverizada.
Atomización con electrodo fungible (electrólisis) Se colocan barras o láminas como ánodos en un tanque que contiene un electrolito. Se aplica corriente y tras 48 horas se obtiene en los cátodos un depósito de polvo de aproximadamente 2mm. Se retiran los cátodos y se rascan los polvos electrolíticos.
Reducción de óxidos metálicos. Se reducen los óxidos metálicos a polvos metálicos poniéndolos en contacto con el gas reductor a una temperatura inferior a la de fusión.
Pulverización mecánica. Útil en metales frágiles. Se muele el metal o se lima y se lleva a través de un gas, separándose el metal del gas en una corriente turbulenta dentro de un separador ciclónico.
Condensación de vapores metálicos. Aplicable en metales que pueden hervir condensando el vapor en forma de polvo (magnesio, cadmio y zinc)
Dosificación y mezcla:
Generalmente, para obtener las características requeridas será necesario mezclar polvos de tamaños y composiciones diferentes. Igualmente se puede añadir aditivos que actúen como lubricantes durante el compactado o aglutinantes que incrementen la resistencia del compactado crudo.
Debido a la elevada relación área superficial/volúmen esto quiere decir que cuanto más dividido esté el polvo, más área de exposición al medio ambiente posee este. La mayoría de los polvos metálicos tienden a reaccionar con el oxígeno del ambiente generando así una flama en la mayoría de los casos, además de otros como el magnesio que es explosivo, por lo que deberán manejarse con precaución, y para contenerlos (los polvos) se utilizan normalmente cuartos de ambientes controlados.
Compactación en frío:
El polvo suelto se comprime mediante prensas mecánicas o hidráulicas en una matriz, resultando una forma que se conoce como pieza en verde o compactado crudo. Las prensas más utilizadas son uniaxiales, en la que la presión se aplica al polvo en una sola dirección. Mediante compactación uniaxial pueden obtenerse piezas en verde con dimensiones y acabados precisos, obteniéndose una alta productividad en la industria mediante esta técnica. Un inconveniente de la compactación uniaxial es la baja relación longitud/diámetro que puede obtenerse en las piezas debido al gradiente de densidad que se produce entre el centro de la pieza y las zonas más próximas al punzón. Para obtener un compacto con mayor densidad se emplean prensas de doble émbolo.
Variantes: Prensado isostático en frío (Cold Isostatic Pressing, CIP). Es un método de compactación que se realiza encerrando herméticamente el polvo en moldes elásticos típicamente de goma, látex o PVC, aplicándoles presión hidrostática mediante un fluido que puede ser agua o aceite. Las piezas en verde obtenidas por este sistema tienen propiedades uniformes e isótropas. Una de las principales ventajas de este método de compactación es la alta relación longitud/diámetro que puede obtenerse en las piezas con respecto a la compactación uniaxial. Es un método muy utilizado para la compactación de piezas cerámicas.
Sinterizado:
Consiste en el calentamiento en horno eléctrico o mufla con atmósfera controlada a una temperatura en torno al 75% de la de fusión. En general, los hornos son continuos con tres cámaras:
En la cámara de purga se consume el aire y se volatilizan los lubricantes y aglutinantes al tiempo que se calienta lentamente el compactado.
En la cámara de alta temperatura se produce la unión de las partículas de compactado por difusión en estado sólido.
En la cámara de enfriamiento se hace descender la temperatura del producto ya sinterizado.
En todo el proceso, es fundamental mantener una atmósfera controlada para evitar la rápida oxidación de las pequeñas partículas metálicas al elevarse las temperaturas en presencia de oxígeno. Para ello, se emplean atmósferas reductoras basadas en hidrógeno, amoníaco disociado y nitrógeno.
Variantes: Prensado isostático en caliente (Hot Isostatic Pressing, HIP). La compactación y el sinterizado se realizan en una única etapa encerrando herméticamente el polvo en un recipiente flexible y exponiéndolo seguidamente a alta temperatura y presión. Los productos obtenidos por este sistema tienen propiedades uniformes e isótropas. Pueden obtenerse valores elevados de densidad en las piezas debido a la baja porosidad residual que queda en las piezas tras el proceso, con valores en muchos casos superiores al 99% de la densidad teórica del material completamente denso (sin pososidad).
Operaciones de acabado:
Acuñado: Prensado posterior al sinterizado para reducir las tolerancias dimensionales de la pieza y obtener un mejor acabado superficial. Si la deformación plástica es masiva, se suele hablar de forja pulvimetalúrgica.
Impregnación: Para penetrar en la red porosa del material, bien con aceite, caso de los cojinetes, o bien con metal fundido cuando no se desee que el material sea poroso.
Otras convencionales son: Tratamientos térmicos y superficiales y Mecanizado.
Obtención de los Polvos:
Propiedades de polvo:
Introducción con piezas varias:
Horno sinterización
Horno de sinterización
Filtros por loose sintering y cip
Etapas sinterización difusión
Etapas de prensado
Consideraciones de diseño
Compactación prensa trabajando
Calibrado
Atomización
Ahorro de la PM
Propiedades químicas: Son características de reacción ante diferentes elementos. También se relacionan con la pureza del polvo utilizado.
Compresibilidad:Es la relación que existe entre el volumen inicial del polvo utilizado y el volumen final de la pieza comprimida. Esta propiedad varia considerablemente en función del tamaño de las partículas de polvo y afecta directamente a resistencia de las piezas.
Densidad: Se expresa en kilogramos por metro cúbico. Esta debe ser constante siempre, para que la pieza tenga en todas sus partes la misma cantidad de polvo.
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